JP4723364B2 - 集塵機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削中のトンネル坑内に設置する集塵機に関するものである。

掘削中のトンネル坑内には、大量の土砂と粉塵が発生する。これらの土砂や粉塵は、作業環境を整える上から取り除く必要がある。土砂は、トラック等を使って外に運び出すことになるが、粉塵の除去は、坑内に備えた適当な施設により行われる。

この種の施設は、一般にトンネル坑内に吸気管と排気管をトンネルに沿って配設し、配設された吸気管に送風機と先端ヘッダを備えてエアカーテン装置を設け、また排気管に集塵機本体を備えて集塵機が設けられたもので、そのエアカーテン装置によりエアカーテンを形成して掘削トンネル切羽から発生する粉塵を遮蔽し、集塵機によりエアカーテンの内側にあるダストエアを吸引し浄化している（例えば、特開２００４−３２４０７２号公報の図６、図７）。

しかしながら、かかる浄化施設は、エアカーテン装置と集塵機がそれぞれ個別に設けられており、エアカーテン用，集塵用ファンやダクトなど、付帯設備をそれぞれ備える必要がある。そのため設備費用やランニングコストが高くなる不都合がある。

集塵機は、トンネル坑内の作業環境を常時維持するために、切羽の前進に伴って移動する必要がある。しかし、その機械の移動は可能であるが、移動し難い構成になっており、その移動は容易ではない。そのために、工事の施工性及び作業性が低い。

また、形成されたエアカーテンは、土砂運搬車両（トラック）の通過等の外的要因によって破壊され易く粉塵がエアカーテン外に漏洩し、そのため集塵効果が低く、作業環境が低下する等の問題が生じ易い。
特開２００４−３２４０７２号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、エアカーテン形成用の付帯設備を削減し、切羽前進に伴う移動を容易にし、また外的要因によるエアカーテンの破壊を軽減して集塵効果を高め、作業環境が向上できる集塵機を提供することを目的としている。

本発明である集塵機は、集塵処理後のクリーンエアを利用した前・後エアカーテン装置が、集塵機本体の後方側に離間して具備されていることを特徴する。

また、前記の手段において、前記集塵機本体が車両と一体に設けられている構成、前記集塵機本体に袖付き吸引口が取付けられている構成、更には、前記前エアカーテン装置が、風速重視のエアカーテンを形成する構成、前記後エアカーテン装置が、風量重視のエアカーテンを形成する構成であると更に好ましい。

集塵処理後のクリーンエアを利用した前・後エアカーテン装置が、集塵機本体の後方側に離間して具備されているという本発明によれば、集塵機本体に集塵処理後のクリーンエアを利用するエアカーテン装置が備えられている。そのために、エアカーテンを形成するための付属設備を別に設ける必要がなくなる。つまり、エアカーテン形成用の付帯設備（エアカーテン用ファン，ダクト等）が削減され、設備費用の削減が図れる。

また、集塵機本体には、２つの前・後エアカーテン装置が離間して備えられているので、離間した前・後エアカーテン装置によって、坑内に２つのエアカーテンと両エアカーテンの間にクッションスペースが形成される。即ち、前・後エアカーテンと間のクッションスペースによってサンドイッチ構造の２重のエアカーテンが形成される。

更に、１つのエアカーテンのみの場合には、外的要因（トラック通過等）によりエアカーテンが破壊されて粉塵が漏洩し坑口側への拡散の恐れがある。しかし、前後のエアカーテンが設けられていれば、遮蔽効果は高まり、１つのエアカーテンの破壊が生じても、粉塵がクッションスペースに留まることになり、もう１つのエアカーテンの破壊は少ない。そのために、粉塵漏洩による坑口側への流出が防止され、粉塵遮蔽及び集塵効率を上げることができる。

前記集塵機本体が車両と一体に設けられている構成とした場合には切羽前進に伴いその車両を前進させることにより集塵機の移動が容易になって、トンネル工事の施工性及び作業性を向上させることができる。

前記集塵機本体に袖付き吸引口が取付けられている構成とした場合には、稼動時、吸引口近傍の広範囲のダストエアを吸引してエア吸引効果が高められ、また袖付き吸引口と坑内径方向壁間に第１のクッションスペースが形成されて、更にエアカーテンの遮蔽効果が高められる。

前記前エアカーテン装置が、風速重視のエアカーテンにより形成される構成である場合には、坑内にトラック通過による吸引風に打ち勝つ、流速の速いエアカーテンが形成されるので、トラック等の通過による高流速のエアカーテンの破壊が少ない。

前記後エアカーテン装置が、風量重視のエアカーテンにより形成される構成である場合には、坑内に密度の高い、厚いエアカーテンが形成され、坑口側への粉塵の漏洩が減少する。

以下、図面に示した本発明の実施の形態について、説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る集塵機を備えたトンネル坑内の断面図、図２はその集塵機自体の側面図、図３はトラック通過時の坑内の平面図、図４は噴射ノズル部分を示した断面図，その上・側の外形図及び噴射ノズルの斜視図、図５はエアカーテンが不十分な場合の粉塵が漏洩する状態とエアカーテンが十分な場合の粉塵を遮蔽する状態を示す各斜視図、図６は１つのエアカーテンの場合の粉塵が漏洩する状態を示す平面図及びその断面図、図７は２つのエアカーテンの場合の粉塵を遮蔽する状態を示す平面図、図８は本発明の他の実施の形態に係る集塵機を備えたトンネル坑内の断面図である。

この実施形態の掘削中のトンネル坑内１には、送気管３がその坑内１に沿って配設され、送気エアＡがトンネル切羽４に向って送られる。トンネル切羽４の近傍には、図示しないが掘削機が設置され、切羽面が掘削される。この掘削によって大量の土砂（図示せず）と粉塵５が発生する。そのため、掘削機の後方には、トンネル坑内１の作業環境を整えるため、粉塵５を収集する集塵機２が設置される。この集塵機２は、トラック等がトンネル坑内１中央部を通る関係上、トンネル坑内１の左右壁面のいずれか側に近づけて設置される。

また、集塵機２は、集塵機本体６とコンテナ専用車状の車両７が一体に設けられ、集塵機本体６が車両７上に一体的に搭載されている（図２）。従って、集塵機２は、車両７を操作することにより容易に移動可能になっている。集塵機本体６には、その左右側部にダストエアを吸引する吸込口６ａが複数配置され、上後方部にエアカーテンの送風を兼ねたダストエアの吸引用送風機６ｂが内部に搭載されている。また、集塵機本体６の後方（坑口８側）には、集塵処理後のクリーンエアを利用して作動する２つの前・後エアカーテン装置９ａ，９ｂが、離間して備えられている。各前・後エアカーテン装置９ａ，９ｂからはそれぞれ提供されたエアが噴射されて、トンネル坑内１の径方向に第１と第２のエアカーテン１０ａ，１０ｂが隔てて形成される。

前・後エアカーテン装置９ａ，９ｂは、それぞれ噴射ノズル部１１が設けられている。各噴射ノズル部１１は、３方（上と左右）に配置され、上方の噴射ノズル１１ａと左右の噴射ノズル１１ｂは、噴射エアがそれぞれ坑内１の径方向に、即ち壁面に向って広がるように先端が拡大したノズル口になっている（図４（ａ））。

前エアカーテン装置９ａの噴射ノズル１１ａ及び噴射ノズル１１ｂは、それぞれスライドして流量が調節可能になっている（噴射ノズル１１ｂのみでもよい）。また、その噴射ノズル１１ｂは、エアカーテン１０ａが壁面到達よりもトンネル坑内１の径方向中央部分（トラックが主に通過する該当部分）が最も重点的にカーテン効果（遮蔽効果）が生ずるように設計されている。

後エアカーテン装置９ｂの噴射ノズル１１ａ及び噴射ノズル１１ｂは、噴出エアの風速及び風量を上昇させるため、噴射ノズル部１１を収縮管にし、その中間に設けられている（図４（ｂ），（ｃ））。噴射ノズル１１ａ及び噴射ノズル１１ｂは、前記同様にそれぞれスライドして流量が調節可能になっている（噴射ノズル１１ｂのみでもよい）。

図５は、後エアカーテン装置９ｂの噴射ノズル部１１の設計にあたって考慮した点について、示したものであり、後エアカーテン装置９ｂにより形成されたエアカーテン１０ａ，１０ｂが所要仕様を満たしてない場合は、図５（ａ）のように粉塵の漏洩が発生するが、エアカーテンの吐出方向，所要風量，風速，壁面到達時風速を解析し選定することにより、図５（ｂ）のように粉塵の漏洩がなくなる。特にエアカーテン１０ｂは６０Ｈz 運転時に風速最大等の問題がなく、３０〜４０Ｈz 運転時においても壁面到達時風速が確保できる条件で設計した。

また、エアカーテン１０ｂを形成するにあたり、次のことを考慮した。エアカーテン１０ｂは、トンネル坑内１を遮蔽する必要性から放射状に噴射する必要がある。しかし、噴射されるエアは、集塵機２の吐出風を利用する関係上、一定ではなく、また集塵機２は、トラック等がトンネル坑内１中央部を通る関係上、左右いずれかの壁面に近づけて設置される。従って、集塵機２の設置場所毎に所要風量が変わる。

そこで、集塵機２の風速と壁面までの到達所要風量を考慮して、噴射ノズル１１ａ及び噴射ノズル１１ｂの形状を設定し、噴射ノズル１１ｂを図４（ｄ）のような立体形状に設計した。なお、噴射するクリーンエアの流方向を矢印で示す。

そして、第１のエアカーテン１０ａは、風速重視を目的としたエアカーテンとして構成され、適切な流量，流速，風向に選定されている。また、トラックが通過する坑内１の径方向中央部分が、最も速くなるように配慮してトラック通過時の粉塵拡散を軽減している。
また、第２のエアカーテン１０ｂは、風量重視を目的としたエアカーテンとして構成され、適切な流量，流速，風向に選定されトラック通過時の後方への拡散を防止している。

ここで集塵機２を駆動すると、吸引作用が働いてトンネル切羽４の近傍に存在するダストエア１２を機内に取り込んで浄化が行われる。ダストエア１２は、集塵機２で粉塵処理されて、クリーンエアが集塵機２後方から取り出される。この集塵処理後のクリーンエアを利用して前・後エアカーテン装置９ａ，９ｂの運転が行われる。

前・後エアカーテン装置９ａ，９ｂが駆動すると、供給されたエアが噴射ノズル部１１からトンネル坑内１の径方向に異なる角度で壁面に向って放射状に噴射されて、前・後２つの第１と第２のエアカーテン１０ａ，１０ｂが隔てて設けられる。また、両エアカーテン１０ａ，１０ｂ間には、エア層からなるクッションスペース１３が形成される。これら第１，第２のエアカーテン１０ａ，１０ｂとクッションスペース１３によってサンドイッチ構造の２重のエアカーテンが形成される。トンネル切羽４の近傍に存在するダストエア１２は２重のエアカーテンに遮蔽され、遮蔽されたダストエア１２は集塵機２で吸引されて集塵処理される。

図６及び図７は、エアカーテン等による遮蔽状態を示したものであり、例えば、エアカーテン１０、即ち１つのエアカーテンのみ存在する場合には、土砂を積載したトラック等（車両）１４の通過に伴う吐出風等によって粉塵の拡散が見られ、坑口８側へ漏洩が生じ易い（図６（ａ）の平面図，図６（ｂ）の断面図）。

しかし、本実施形態の如く前・後２つの第１と第２のエアカーテン１０ａ，１０ｂが設けられた場合には、土砂を積載したトラック１４の通過に伴う吐出風等によって第１のエアカーテン１０ａを通る粉塵の拡散があっても、ダストエア１２は第１と第２の両エアカーテン１０ａ，１０ｂの間に設けられたクッションスペース１３に留められ、第２のエアカーテン１０ｂの流出は殆どなく漏洩は低減される（図７（ａ）の平面図，図７（ｂ）の断面図）。

また、クッションスペース１３に侵入した粉塵は、集塵機２の処理風量と換気風量の差により生ずる戻り流Ｃ（戻り流Ｃ＝クリーンエア量Ｂ−送気エア量Ａ）によりトータルで切羽４側へ随時移動し、この戻り流Ｃによっても粉塵の流出が防止され、また集塵効果が高められる。

図８は、本発明の他の実施の形態に係る集塵機を備えたトンネル坑内の断面図であり、集塵機１５は、前記実施形態と同様に集塵機本体１６とコンテナ専用車状の車両１７が一体に設けられている。集塵機本体１６の後方側（坑口側８）には、集塵処理後のクリーンエアを利用して作動する２つの前・後エアカーテン装置１９ａ，１９ｂが、離間して設けられている。この実施形態の集塵機１５には、集塵機本体１６にトンネル切羽４に向かって漸次拡大する袖付き吸引口１８が取付けられている。

そして、トンネル坑内１には、２つの前・後エアカーテン装置１９ａ，１９ｂによって前・後２つの第１と第２のエアカーテン２０ａ，２０ｂが隔てて設けられ、袖付き吸引口１８と壁面との間にエア層からなる第１のクッションスペース２１が形成され、また両エアカーテン２０ａ，２０ｂ間には、第２のクッションスペース２２が形成される。

これら形成された前・後２つの第１と第２のエアカーテン２０ａ，２０ｂと第１のクッションスペース２１及び第２のクッションスペース２２によりトンネル切羽４近傍に存在するダストエア１２がほぼ確実に遮蔽されて坑口８側への漏洩がより確実に低減される。また、ダストエア１２は、袖付き吸引口１８に強力に吸引されて、集塵機１５でほぼ確実に集塵処理される。

本発明はトンネル坑内に設置する集塵機に適用されるが、粉塵が比較的多く発生する工場等やその他の場所で利用できる。

本発明の一実施の形態に係る集塵機を備えたトンネル坑内の断面図である。 その集塵機自体の側面図である。 トラック通過時のトンネル坑内の平面図である。 噴射ノズル部分の断面図，その上・側の外形図及び噴射ノズルの斜視図である。 エアカーテンが不十分な場合の粉塵が漏洩する状態とエアカーテンが十分な場合の粉塵を遮蔽する状態を示す各斜視図である。 １つのエアカーテンの場合の粉塵が漏洩する状態を示す平面図及びその断面図である。 ２つのエアカーテンの場合の粉塵を遮蔽する状態を示す平面図及びその断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る集塵機を備えたトンネル坑内の断面図である。

符号の説明

１ トンネル坑内、 ２，１５ 集塵機、 ６，１６ 集塵機本体、 ７，１７ 車両、 ８ 坑口、 ９ａ，９ｂ、１９ａ，１９ｂ エアカーテン装置、 １８ 袖付き吸引口

Claims (4)

1. 集塵処理後のクリーンエアを利用した前・後エアカーテン装置が、集塵機本体の後方側に離間して具備され、前記前エアカーテン装置は、風速重視のエアカーテンが形成される構成になっているとともに、前記後エアカーテン装置は、風量重視のエアカーテンが形成される構成になっていることを特徴する集塵機。
2. 前記集塵機本体は、車両と一体に設けられている請求項１記載の集塵機。
3. 前記集塵機本体の後方側（坑口側）には、集塵処理後のクリーンエアを利用して作動する２つの前・後エアカーテン装置が、離間して設けられている請求項１または２記載の集塵機。
4. 前記集塵機本体には、トンネル切羽に向かって漸次拡大する袖付き吸引口が取付けられている請求項１又は２記載の集塵機。

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